一种基于WEB SCADA平台的智能维保系统

摘要

本发明公开了设备维护保养技术领域的一种基于WEB SCADA平台的智能维保系统，该智能维保系统包括Web SCADA架构和智能维保系统，Web SCADA架构包括WEB SCADA网站、SVG生成器和SVG解析器，Web SCADA架构内还包括在线历史播放器，智能维保系统包括基础管理模块、设备管理模块、运行管理模块、监测与诊断模块、系统设置模块和附加设计模块。该智能维保系统采用基于WEB SCADA平台的故障预测与诊断技术，通过对港口设备的运行状况实时检测，缩短故障诊断与设备维修时间,有效降低无计划故障停机的时间。

说明书

技术领域

本发明涉及码头设备的维护保养，更具体地，涉及一种基于WEB SCADA平台的智能维保系统。

背景技术

目前，因为码头业务繁忙，港口起重设备往往是带病作业，直至故障发生时才进行事后维修。虽然可通过人工定期对设备进行维修保养，但也存在以下问题。由于对故障发生的概率、严重程度均没有预期的判断以及维保人员的专业水平不高，严重影响港口业务的工作效率，而且很难保证每次对设备进行维修保养的有效性。需要借助WEB SCADA平台及时掌握港口起重设备的健康状态信息与性能变化趋势，动态安排港口起重设备维修计划，降低维修成本，然而现有技术中WEB SCADA平台的本地C/S架构工程采用一键部署，软件系统架构过于陈旧，与非工业领域的互联网公司提供的纯B/S架构软件存在一定差距，而且页面响应速度有待优化，缺乏一套标准的图形库建立模式和建立标准，导致在工程制作时无法直观方便的应用到之前构建过的图形库，而且图形的尺寸、分辨率也没有统一的标准定义，这就导致资源无法被重复有效利用，工程部署服务器数量多，造成了人力成本的极大浪费，无法准确快速地通过基于WEB SCADA平台在浏览器及移动端应用掌握港口起重设备的健康状态信息与性能变化趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于WEB SCADA平台的智能维保系统，使用基于WEBSCADA平台的故障预测与诊断技术，通过对港口设备的运行状况实时检测，生成具有针对性的预防维保计划，使港口起重设备可以通过事前预防维修保养，缩短故障诊断与设备维修时间,有效降低无计划故障停机的时间。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于WEB SCADA平台的智能维保系统，该智能维保系统基于Web SCADA架构；

所述Web SCADA架构包括WEB SCADA网站，为用户提供pc端及移动端的浏览与操作服务；

SVG生成器，负责生成HTML5可识别的SVG画面；

SVG解析器，负责解析SVG画面，读入SVG动画相关参数；

所述Web SCADA架构内还包括在线历史播放器，利用缓存技术读入历史播放数据；

所述智能维保系统包括基础管理模块、设备管理模块、运行管理模块、监测与诊断模块、系统设置模块和附加信息模块，用于对港口大型设备的管控环节提供智能的管控方案。

进一步的，所述WEB SCADA网站采用前后端一体的设计模式，包括：

前端驱动模块，用于对WEB SCADA网站的前端SVG画面的处理；

后端管理模块，用于对WEB SCADA网站的后端SVG画面的解析储存；

数据服务系统，用于对多种数据协议和数据的读写；

界面系统，用于对WEB SCADA网站提供用户操作浏览界面；

权限管理系统，用于对WEB SCADA网站单个页面的按钮进行不同权限的管理；

故障报警系统，将故障分类统计，以柱状图形式直观地展示出来，通过邮件或短信推送方式将故障明细发送给用户。

进一步的，所述SVG生成器包括SVG画面元素、SVG动画参数、SVG界面配置和附加功能。

进一步的，所述SVG画面元素包括Direct2D渲染器，用于对SVG画面元素进行延时渲染；所述SVG界面配置包括了SVG一键生成界面，根据SCADA的配置生成响应的动画和配置文件；所述附加功能包括按钮事件响应、消息提示、打开页面事件和关闭页面事件，拓展了SVG生成器的功能。

进一步的，所述SVG解析器包括子解析器、动画生成器、定时器和Ajax数据接口。

进一步的，所述子解析器包括缩放解析器、位移解析器、旋转解析器、数组解析器、Symbol解析器和字符串解析器。

进一步的，所述基础管理模块包括文件管理和配置管理，用于对文件和配置的基础管理；所述设备管理模块包括台账管理和技术手册，用于对设备的登记和技术管理。

进一步的，所述运行管理模块包括检查管理、保养管理、维修管理、检验管理、监测管理、应急管理、运行统计和事故管理，用于对设备的性能进行管理。

进一步的，所述监测与诊断模块包括实时监控、结构监测、机构监测、子系统监测、报表统计和摄像监控，用于对设备的的运行状态进行实时监控。

进一步的，所述WEB SCADA平台与移动设备无线连接，所述移动设备包括浏览器、智能手机和平板电脑。

采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

1.本发明提供了一种基于WEB SCADA平台的智能维保系统，该智能维保系统在C/S的SCADA软件的基础上，快速迭代开发出基于HTML5技术的WEB SCADA的WEB SCADA智能维保系统并与现有的起重机监控系统能完美结合，能够及时发现故障、解决故障，在港口行业为用户提供一体化、全周期服务，已经被成功运用到了公司的起重机监控系统及自动化码头的项目中，诸多成功案例便于该智能维保系统该在智慧码头领域进行推广。

2.基于WEB SCADA平台的智能维保系统支持各类移动设备使用，应用范围广，可以应用在各种操作系统的各类平台，而且该系统自主研发了SVG生成器和SVG解析器，实现本地工程一键部署发布，大大减少了工程人员的工作量，缩减了成本，本系统新增了在线历史播放器，采用UA读取历史回放，使用缓存技术将五分钟内的数据一次性读入缓存，同时支持播放器1倍速，2倍速，4倍速，8倍速播放采用缓存技术读入历史播放数据，避免了对历史播放接口的频繁接入从而可能导致的系统崩溃。

3.基于WEB SCADA平台的智能维保系统可以将C/S架构下编辑的监控工程快速在B/S架构中应用，为用户提供pc端及移动端的浏览与操作服务，工作地点不止局限于码头内部，可以随时查看和监视大型设备的状态。作为工业自动化系统核心与灵魂的监控组态软件WEB SCADA，市场潜力巨大。以提高用户视觉感受为目标，采用响应式布局，从底层渲染技术到整体界面风格，从宏观框架到软件图标的设计，对软件界面进行重构，实现用户体验提升，此外，开发的智能维保系统，搭建了起重机维修规划决策知识库和案例库，实现了码头无纸化办公以及智能化运维，这对码头智能化发展起到了很大的推动作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明Web SCADA的架构图；

图2是本发明智能维保系统的WEB SCADA网站图；

图3是本发明智能维保系统的SVG生成器的结构图；

图4是本发明智能维保系统的SVG生成器类图；

图5是本发明智能维保系统的SVG解析器的结构图；

图6是本发明智能维保系统的标准化模块框架图；

图7是本发明的SCADA平台的SCADA4.0本地工程截屏，在电脑的端编辑界面；

图8是本发明的WEB SCADA平台WEB SCADA在浏览器的应用截屏；

图9是本发明的WEB SCADA在手机端的应用截屏；

图10是本发明实施例的智能维保系统标准知识库截屏；

图11是本发明实施例的智能维保系统保养标准知识库截屏；

图12是本发明实施例的智能维保系统故障报修截屏；

图13是本发明实施例的智能维保系统检测记录截屏。

图14是本发明实施例的智能维保系统实时故障统计截屏。

图15是本发明实施例的智能维保系统数据智能分析和展示。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案进行具体说明。

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

实施例

如图1所示，一种基于WEB SCADA平台的智能维保系统，该维保系统基于Web SCADA架构，Web SCADA架构包括WEB SCADA网站、SVG生成器和SVG解析器。

如图2所示，展示了智能维保系统的WEB SCADA网站的整体架构。WEB SCADA网站采用前后端一体的设计模式，一共包含六块内容，前端驱动模块，后端管理模块，数据服务系统，界面系统，权限管理系统，故障报警系统。

1)程序使用最新的HTML5格式，包含了SVG画面，将数据监控和SVG画面集合，适用于任何手机和平板平台。系统支持了多语言功能，比如英文，中文，法文等多语言的切换。系统定义了一个多语言的列表，每一个语言条目拥有一个关键字。每一种语言定义了一个定义文件，用关键字定义语言，语言内容可以在js脚本里和C#脚本里调取。

2)系统支持了多种数据协议和数据的读写，包括OPC，Redis，OPCUA，TCP。系统采用后缀树表达式解析，支持对复杂表达式的计算和常规函数的支持。比如Max，Abs，Min等函数。本系统采用Nhibernate作为中间件连接数据库，支持Mysql，SQL Server,Oracle以及MongoDB。Nhibernate帮助程序快速切换数据的种类，而不需要修改程序的整体逻辑。

3)系统使用了多种网页模板和Bootstrap布局，响应式布局方便于用户进行浏览与操作。为满足不同的布局需求，系统采用Bootstrap前端框架，自适应分辨率动态调整网页布局。

4)系统提供了用户界面，登录界面，账号界面，版本界面，附加信息界面等多个界面，提供了多种服务，方便用户配置。本系统实现了菜单的动态配置，所有的菜单都存储在数据库中，在登陆菜单时，统一读取数据库并动态生成HTML5菜单放入ASP.Net的母版页面中。菜单管理界面以树形结构存储所有内容，每个节点包含菜单信息，比如节点类型，节点多语言名称，图标样式，网页链接，和排序结构。用户可以在管理界面中添加，删除，编辑子节点，编辑完的树形结构最后会在页面中显示出来，此外，系统提供了支持快速在线查询状态点点值的界面。该界面可以用来调试，检查数据点，核对实时数据。

5)提供了一整套权限管理系统，包括部门管理，用户角色管理，用户权限管理，系统做到了对单个页面的按钮进行不同权限的管理。每个用户有自己的若干信息，比如账号，密码，性别，部门，和用户角色。每个角色可以配置不同权限以约束查看不同页面。用户在现有系统中分为超级管理员，项目经理，派工主管，维修主管，维修人员。每个角色有不同的浏览整个网页的权限。

6)Alarm故障警报界面，故障管理器，包括邮件，短信推送系统。故障报警系统包括故障明细列表，故障统计报表，邮件及短信推送系统。系统连接SCADA的Alarm服务器，每隔10秒拉取故障报警信息，以列表形式展现出来。根据故障编号、故障等级等将故障分类统计，以柱状图形式直观地展示出来。用户可提前配置目标邮箱或手机号，机器一旦发生故障报警，系统会第一时间将故障明细发送给用户。

如图3、图4所示，Web SCADA架构的核心部分由SVG生成器和SVG动画解析器两部分构成：SVG生成器和SVG动画解析器主要负责的画面编辑和动画运转模块。

SVG生成器内置在C/S软件端，主要负责生成HTML5可识别的SVG画面，包含SVG动画的相关参数，以及生成动画的界面。

另外，SVG生成器包括SVG画面元素、SVG动画参数、SVG界面配置和附加功能。SVG生成器在原有的C/S架构上，拓展了原有的C/S架构的SCADA软件，利用原有的编辑器编辑画面和动画，继承了SCADA软件良好的界面风格和动画配置。SVG画面元素包括Direct2D渲染器，其中：SVG界面配置包括SVG一键生成界面，附加功能包括按钮事件响应、消息提示、打开页面事件和关闭页面事件。SVG生成器在在C/S的SCADA软件的基础上拓展了一键生成界面，用户只需要选择需要转化为SVG的画面，点击一键生成界面按钮，就可以根据SCADA的配置生成相映的动画。SVG动画还添加了一些附加的功能，比如按钮事件响应，消息提示，打开页面事件，关闭页面事件。

另外，SCADA内部采用Direct2D和GDI渲染器，Direct2D采用延时渲染技术，在渲染画面时将所有渲染信息存在一个Buffer中，最后统一将Buffer的内容渲染到画面中。系统将Direct2D的渲染接口改为输出SVG元素，在具体实施时，系统将所有元素以树状数据结构组织在一起，留有树的深度等关键字，方便生成有缩进，有层次的SVG画面。生成图元时，系统将动画信息以附加信息的形式保留在SVG画面中，比如缩放，位移，旋转，数组等动画元素，以及相关的缩放参数最大值，缩放最小值，绑定顶点等信息。

如图5所示，SVG解析器配置在浏览器端口，主要负责解析SVG画面，读入SVG动画相关参数，通过Ajax从后台获取数据点，根据数据点表达式驱动SVG画面动画。SVG解析器包括子解析器、动画生成器、定时器和Ajax数据接口。子解析器包括缩放解析器、位移解析器、旋转解析器、数组解析器、Symbol解析器和字符串解析器。SVG解析器放置在浏览器的前台端口，HTML5很好的支持了SVG元素画面，打开SVG生成器生成的SVG画面，就可以重新显示SVG画面。如果需要显示SVG的动画，则需要JavaScript前台语言的支持，程序读入SVG画面后，会通过定时器，每隔500毫秒将所有用到的数据整理好，通过Ajax数据接口发送到后台的服务器中，返回每个数据点的当前的值。将所有包含附加信息的元素提取出来，根据附加信息的数值，重新定义每个元素的位置、大小、旋转、是否显示和显示何种数值。

此外，Web SCADA架构内还新增了在线历史播放器，采用UA读取历史回放，使用缓存技术将五分钟内的数据一次性读入缓存，同时支持播放器1倍速、2倍速、4倍速和8倍速播放，采用缓存技术读入历史播放数据，避免了对历史播放接口的频繁接入从而可能导致的系统崩溃。

智能维保系统针对港口大型起重设备，在设备管控环节提供智能管控方案。旨在报修、维修过程及维修管理的各个环节中，以计算机为工具，并借助人工智能技术来模拟人类专家智能的各种维修保养和管理技术的总称，智能维保系统以港口机械设备为目标，运用先进的计算机技术对港口机械设备的使用情况、维修与保养情况、各种技术参数和档案、各种检测数据进行跟踪管理，从而使各级技术管理人员可以随时掌握机械设备的运用情况，便于加强设备的科学管理，提高设备的完好率和利用率，减小故障率，降低维修成本，确保港口装卸生产的正常运行。从设备的管理上入手，设备实行科学的先进的信息化管理手段，才能提高设备的完好率和利用率，减小故障率，降低维修成本，确保港口生产高效率运行，产生更高的经济效益。

如图6所示，智能维保系统包括基础管理模块、设备管理模块、运行管理模块、监测与诊断模块、系统设置模块和附加设计模块。其中：基础管理模块包括文件管理和配置管理，设备管理模块包括台账管理和技术手册，运行管理模块包括检查管理、保养管理、维修管理、检验管理、监测管理、应急管理、运行统计和事故管理，监测与诊断模块包括实时监控、结构监测、机构监测、子系统监测、报表统计和摄像监控。该智能维保系统基于B/S结构的港口机械设备运维系统，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大，界面友好等特点。

如图7、图8、图9所示，基于WEB SCADA平台的智能维保系统与移动设备无线连接，移动设备包括浏览器、智能手机和平板电脑，实现了SCADA4.0在浏览器、手机、平板设备的实时监控的截屏，图7为SCADA在PC端的编辑画面，图8为SCADA导出成浏览器可识别的HTML5画面，图9为手机端展示的画面。

如图10-图15所示，智能维保系统目前已经在一体化项目中得到应用实例的截屏。以下是智能维保系统维修管理的部分界面：图10是本发明实施例的智能维保系统标准知识库，图11是本发明实施例的智能维保系统保养标准知识库，图12是本发明实施例的智能维保系统故障报修系统，图13是本发明实施例的智能维保系统检测记录，图14是本发明实施例的智能维保系统实时故障统计，图15是本发明实施例的智能维保系统数据智能分析和展示。

基于WEB SCADA开发的智能维保系统是一套庞大而复杂的系统，实现了从C/S架构到B/S架构的转型的突破。经过全方位的研究和比较，该系统已经达到国内先进水平，该系统与业内先进软件比较结果如表1所示：

表1基于WEB SCADA开发的智能维保系统与业内先进软件比较

最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。